UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN ESCUELA DE POSTGRADO UNIDAD DE POST-GRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DE LAS AGUAS SERVIDAS PARA LA GENERACION DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL PERÚ Tesis presentada por la Bachiller: AGUIRRE VENEGAS, STHEPHANIE FIORELLA Para optar el Grado de Maestro en Gestión de la Energía Con mención en Electricidad Asesor: Mg. Yuri Alencastre Medrano AREQUIPA PERÚ NOV

2 DEDICATORIA Mi profundo agradecimiento a mis padres Walter Aguirre y Sonia Venegas, por su comprensión, apoyo y porque me continúan enseñando con su ejemplo como ser una mejor persona y profesional. A mi hermanita Katherine por su colaboración y ánimos brindados para la elaboración del presente trabajo por su fortaleza y porque me enseña a enfrentar cada problema profesional y emocionalmente A la Srta. Lola Montoya Quiroz por su consideración, confianza, apoyo y sobre todo por su contribución en mi continuo aprendizaje y desarrollo profesional.

3 ÍNDICE Pág. DEDICATORIA INDICE DE TABLAS...iv INDICE DE FIGURAS...v SIGLAS...vi INTRODUCCIÓN ABSTRACT....3 Capítulo I CONSIDERACIONES GENERALES Caracterización del problema Justificación Delimitación de los objetivos Objetivo general Objetivos específicos Capítulo II SITUACIÓN ACTUAL DEL MANEJO DE AGUAS RESIDUALES EN EL PERÚ Empresas prestadoras de servicios de saneamiento (EPSS) Clasificación de las EPS según su tamaño Clasificación de las EPS según su administración Clasificación de las EPS según ubicación Tratamiento de aguas residuales...15 i

4 Capítulo III MARCO LEGAL DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL PERÚ Y ROLES DE LAS ENTIDADES COMPETENTES De los límites máximos permisibles (LMP) y estándares de calidad del agua (ECA) De la obligatoriedad de tratar las aguas residuales Del nivel mínimo de tratamiento De la autorización sanitaria de los sistemas de tratamiento y disposición sanitaria de aguas residuales domesticas De la facultad de las EPSS para suscribir convenios con potenciales usuarios de las aguas residuales tratadas Capítulo IV PANORAMA DE LAS TECNOLOGIAS EXISTENTES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS Tipos de Tratamiento existentes para aguas residuales domésticas a) Pre Tratamiento b) Tratamiento Primario c) Tratamiento Secundario d) Tratamiento Terciario Capítulo V: OBTENCIÓN DE BIOGÁS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Biogás Definición Producción de biogás Fermentación anaeróbica..41 ii

5 5.4 Composición y características Aprovechamiento energético del biogás Usos del biogás Aplicaciones de la biogeneración Ventajas del uso de la biomasa...49 Capítulo VI: GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE BIOGÁS Producción de metano en Perú Aplicación del biogás: sistemas de generación de electricidad Motores de Combustión Calculo del potencial eléctrico a partir de biogás generado por plantas de tratamiento de aguas residuales a nivel nacional Estimación de producción de biogás según flujos de plantas metano Estimación del potencial energético de la Planta de tratamiento de aguas residuales Datos de las plantas Factores extraídos de la literatura Metodología de cálculo Determinación de la potencia eléctrica de la planta. 64 CONCLUSIONES..82 BIBLIOGRAFÍA...84 iii

6 INDICE DE TABLAS Tabla N 1. Clasificación de EPSS por su tamaño...8 Tabla Nº 2. Relación de EPSS reguladas...10 Tabla N 3. Norma de calidad de aguas para la Clase III - DL Tabla N 4. Muestra la composición química del biogás en porcentajes...41 Tabla N 5. Muestra la composición química y las características del Biogás...42 Tabla N 6. Características de los motores...54 Tabla N 7. Plantas de tratamiento de aguas residuales...57 Tabla N 8. Producción de gas y producción de energía por planta de tratamiento a nivel nacional...72 iv

7 INDICE DE FIGURAS Figura Nº 1: Ubicación de las EPSS en el Perú...14 Figura N 2: Etapas de la línea de agua...29 Figura N 3: Desbaste de gruesos seguido de desbaste de finos...31 Figura N 4: Reja curva de accionamiento automático...31 Figura N 5: Tamiz estático autolimpiante...33 Figura N 6: Tamiz rotativo...34 Figura N 7: Desarenado de doble canal...35 Figura N 8: Desarenado estático...36 Figura N 9: Desarenado desengrasado aireado...36 Figura N 10: Detalle interno de un desarenador desengrasador aireado...37 Figura N 11: Formas de aprovechamiento de la Digestión Anaeróbica...44 Figura N 12: Distintos usos del Biogás...48 v

8 SIGLAS EPSS: Empresas Prestadoras de Servicios de Saneamiento. SUNASS: Superintendencia Nacional de Servicios de saneamiento. IRH: Intendencia de Recursos Hídricos. INRENA: Instituto Nacional de Recursos Naturales ATDR: Administraciones Técnicas del Distrito del Riego. DIGESA: Dirección General de Salud Ambiental. LMP: Límites Máximos Permisibles. ECA: Estándares de Calidad Ambiental. PAMA: Programas de Adecuación y Manejo Ambiental. EIA: Estudios de Impacto Ambiental. CONAM: Concejo Nacional del Ambiente. DBO: Densidad Bioquímica del oxígeno. EPS SEDALIB S.A.: Servicio de agua potable y alcantarillado de la Libertad S.A. EPS AYACUCHO S.A.: Entidad prestadora de servicio Ayacucho S.A. EPSEL S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento Lambayeque S.A. EPS GRAU S.A.: Entidad prestadora de servicio de saneamiento Grau S.A. EPS SEDACUSCO S.A.: Entidad prestadora servicios saneamiento Cusco S.A. SEDAM HUANCAYO S.A.: Servicio agua potable y alcantarillado municipal de Huancayo S.A. EPS TACNA S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento Tacna S.A. vi

9 EPS LORETO S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento de agua y alcantarillado de Loreto S.A. EPS SEDACHIMBOTE S.A.: Empresa municipal de servicio de agua potable y alcantarillado de Chimbote, Casma y Huarmey S.A. EMAPISCO S.A.: Empresa municipal agua potable y alcantarillado de Pisco S.A. EMSAPUNO S.A.: Empresa municipal de saneamiento básico de Puno S.A. EPS SEDACAJ S.A.: Empresa prestadora de servicios de saneamiento de Cajamarca S.A. EMAPA SAN MARTIN S.A.: Empresa municipal de servicios de agua potable y alcantarillado de San Martin S.A. EMAPACOP S.A.: Empresa municipal agua y alcantarillado coronel Portillo S.A. EPS EMAPICA S.A.: Empresa municipal agua potable y alcantarillado de Ica S.A. SEDAHUANUCO S.A.: Empresa municipal de servicios de agua potable y alcantarillado de Huánuco S.A. SEMAPACH S.A.: Empresa de servicio municipal de agua potable y alcantarillado de Chincha S.A. SEDA JULIACA S.A.: Entidad prestadora de saneamiento de Juliaca S.A. EMAPA CAÑETE S.A.: Empresa municipal de agua y alcantarillado Cañete S.A. EPS ILO S.A.: Entidad prestadora de servicios de Ilo S.A. EPS EMAPA HUACHO S.A.: Empresa municipal agua alcantarillado Huacho S.A. EPS CHAVIN S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento Chavin S.A. EPS EMAPAT SRL: Empresa municipal agua y alcantarillado de Tambopata S.R.L EPS SELVA CENTRAL S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento Selva Central S.A. vii

10 EPS MOQUEGUA S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento de Moquegua S.A. EPS MOYOBAMBA S.R.LTDA.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento de Moyobamba S.R.LTDA. EMAPA HUARAL S.A.: Empresa municipal agua y alcantarillado Huaral S.A. EMUSAP ABANCAY S.A.: Empresa municipal de servicios de abastecimiento de agua potable y alcantarillado Abancay S.A. EPS MANTARO S.A.: Entidad prestadora servicios de saneamiento Mantaro S.A. SEMAPA BARRANCA S.A.: Empresa de servicio municipal de agua potable y alcantarillado de Barranca S.A. EMUSAP S.R.L.: Empresa municipal de servicios de agua potable y alcantarillado de Amazonas S.R.L EPS SIERRA CENTRAL S.R.L.. Entidad prestadora de servicios de saneamiento Sierra Central S.R.L. EMAPAVIGSSA: Empresa municipal de agua potable y alcantarillado virgen de Guadalupe del Sur S.A. EMPSSAPAL S.A.: Empresa municipal prestadora de servicio de saneamiento de las provincias Alto Andinas S.A. EMAPA CHANCAY S.A.C.: Empresa municipal de agua potable y alcantarillado de Chancay S.A.C EMAPAB S.R.L.: Empresa municipal agua y alcantarillado de Bagua S.R.L SEMAPA HUANCAVELICA S.A.C.: Empresa municipal de agua potable y alcantarillado Huancavelica S.A.C. EPSSMU S.R.LTDA.: Empresa prestadora de servicio de saneamiento municipal de Utcubamba S.R.LTDA. viii

11 EMAQ S.R.LTDA. QUILLABAMBA: Empresa municipal de alcantarillado de Quillabamba S.R.LTDA. agua potable y EPS NOR PUNO S.A.: Entidad prestadora de servicios de saneamiento Puno S.A. EMSAPA YAULI S.A.: Empresa municipal de servicios de agua potable y alcantarillado Yauli S.A. - La Oroya EPS AGUAS DEL ALTIPLANO SRL: Entidad municipal prestadora de servicios de saneamiento aguas del Altiplano S.R.LTDA. EMAPA PASCO S.A.: Empresa municipal agua potable alcantarillado Pasco S.A. EMAPAT S.A.C.: Empresa municipal agua potable alcantarillado Pativilca S.A.C. EMAPA SALAS S.R.L.: Empresa municipal agua potable alcantarillado Salas S.R.L. EPS EMSAP CHANKA S.C.R.Ltda: Empresa prestadora de servicios de agua potable y alcantarillado EPS EMSAP Chanka S.C.R.LTDA EPS MARAÑON S.R.L.: Empresa prestadora servicios de saneamiento Jaen-Perú EMAPA Y S.R.LTDA.: Empresa municipal de agua potable y alcantarillado Yunguyo S.R.LTDA. EMSAPA CALCA: Empresa municipal servicio agua potable y alcantarillado Calca EMSAP ACOBAMBA S.A.: Empresa municipal de servicios de agua potable y alcantarillado de Acobamba S.A. EPS JUCUSBAMBA SRL: Empresa prestadora de servicio de saneamiento Jucusbamba SRL ix

12 INTRODUCCIÓN Los bruscos cambios en el precio internacional del petróleo, la inestabilidad política de las naciones productoras, el aumento en la concentración de los gases de efecto invernadero y la creciente contaminación ambiental conforman un escenario donde es inevitable la búsqueda de alternativas energéticas renovables. En todos los países existe una intensa producción científico tecnológica relacionada con las energías renovables. Hasta el día de hoy, el 90 % de las necesidades energéticas de nuestro planeta son satisfechas con la utilización de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón). Todos ellos extinguibles, fuertemente contaminantes y utilizados en forma ineficiente, por el interés predominante de la producción de energía sobre el de su efecto ecológico. La tendencia mundial en lo que respecta a la generación de energía eléctrica se encuentra básicamente en las fuentes alternativas de energía, como las que nos proporcionan de forma discreta la naturaleza, como por ejemplo; la eólica, la geotérmica, la solar y la hidráulica, sin embargo existe otra fuente de energía que comienza a generalizarse, la del biogás. Este trabajo plantea la necesidad de encontrar una tecnología apropiada, utilizando recursos locales disponibles como son las aguas residuales que tienen un efecto negativo en la salud humana, produciendo gases como el metano que al no contar con una alternativa de uso es liberado a la atmósfera contribuyendo al incremento en la concentración de gases de efecto de invernadero, no obstante si se cuenta con un sistema apropiado de recolección y acondicionamiento el metano puede ser usado como combustible para la generación de electricidad, disminuyendo así su concentración en la atmósfera. En el presente trabajo se describe la situación de las plantas de tratamiento de aguas residuales a nivel nacional, con el fin de aprovechar el biogás liberado por las plantas de tratamiento de aguas residuales. 1

13 Mediante este trabajo, se demuestra que las aguas residuales, pueden ser aprovechadas para obtener biogás en cantidades suficientes como para cubrir una parte de la creciente demanda de energía, que actualmente viene siendo un problema en el país. También se dará a conocer el marco legal que regula a las entidades relacionadas a las aguas residuales en el Perú 2

14 ABSTRACT The sudden changes in the international prices of oil, the political instability of the producer nations, the increase in the concentration of the gases of greenhouse effect and the increasing environmental pollution make up a scenario where the search for alternatives of renewable energy is inevitable. In all the countries exist a intense scientific - technological production related to renewable energy. Until today, the 90% of the energy that needs our planet is satisfied with the use of fossil fuels (oil, gas, coal).all this fuels are extinguishables, strongly polluting and used inefficiently, by the main interest of the energy production on the ecological effect. The worldwide trend in reference to the generation of electric power is based on sources of renewable energy, those proportionate discretely for the nature, like the wind, geothermal, solar and hydro. However exist other source of energy that is beginning to generalize, like the biogas. This paper consider the need of find an appropriate technology, using available locally resources such as wastewater which have a negative effect in the human health, producing gases such as methane that by not having an alternative use is released to the atmosphere contributing the increase in the concentration of greenhouse gases. However if it had a suitable system of collection and conditioning the methane, it could be used as fuel for the generation of electric power, decreasing the concentration of methane in the atmosphere. In this paper it is described the situation of the wastewater treatment plants in the country, with the aim of utilize the biogas released for the wastewater treatment plants. With this work, it is demonstrated that wastewater can be used to obtain biogas in quantities sufficient to provide a part of the growing demand of energy, that currently is being a problem in the country. 3

15 Also it will be given to know the legal regulation that manage the entities related to wastewater in Peru. 4

16 CAPÍTULO I CONSIDERACIONES GENERALES 1.1 CARACTERIZACIÓN DEL PROBLEMA Perú, ha tenido serios problemas energéticos que han mermado no sólo su desarrollo económico, sino que también su desarrollo social. Dado que el Perú no posee una matriz energética muy diversificada, el país se encuentra expuesto a la gran dependencia de ciertos tipos de energía que en el futuro pueden escasear por diversos motivos. Es por dicha razón que uno de los grandes desafíos energéticos de la mayoría de los países es lograr diversificar lo más posible su matriz energética, de modo de disminuir la dependencia de una o unas pocas fuentes de energía. Por lo anterior es que en el mundo se ha desarrollado una búsqueda importante de nuevas fuentes energéticas que puedan reemplazar a los combustibles fósiles. Así, las energías renovables son una gran solución no sólo para diversificar la matriz energética de los países, sino que también para que los países produzcan combustibles propios y eliminar su dependencia de los volátiles mercados del petróleo o del gas. Perú ha buscado nuevas fuentes de energía. Un claro ejemplo de ello son los parques eólicos que se han instalado en el país; que a pesar de no ser de mucha potencia, buscan insertar lentamente las energías renovables en la matriz energética. Una forma de energía renovable que ha empezado de a poco a tomar fuerza es la proveniente de la biomasa. De ésta, es posible extraer diversas formas secundarias de energía, como por ejemplo, el biogás. El biogás proviene de la descomposición en ausencia de oxígeno, y por medio de 5

17 bacterias, de la biomasa. Este gas es principalmente metano, el cual es, en definitiva, el que le da sus propiedades energéticas. 1.2 JUSTIFICACIÓN La utilización de las energías renovables y el uso racional de la energía en general, constituyen estrategias básicas para cualquier país que busca el desarrollo sostenible. La sostenibilidad del planeta es de gran importancia, por lo cual la reducción de la contaminación ambiental, es de vital importancia. En Perú, esto implica la necesidad de realizar actividades de conversión energética, evaluar y aplicar nuevas tecnologías y desarrollar programas de capacitación que permitan una mayor difusión de estos temas. Las discusiones sobre política y economía energética, sumada al impacto negativo del consumo de combustibles fósiles, han conducido a una creciente demanda en la utilización de energía renovable. En este contexto, la biomasa y la producción de biocombustibles sólidos, líquidos o gaseosos (como el biogás) se presentan como una alternativa que contribuye de manera directa a la reducción de la importación de combustibles fósiles para la generación de energía térmica, y propicia beneficios ambientales y económicos. 1.3 DELIMITACIÓN DE LOS OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL - Promover el uso y el aprovechamiento del biogás generado en el proceso de digestión anaeróbica en las plantas de tratamiento de aguas residuales, para generar energía eléctrica reduciendo de manera significativa la necesidad de consumir energía externa logrando que la planta sea autosuficiente en su consumo de electricidad, empleando tecnologías 6

18 amigables con el medio ambiente beneficiando a la comunidad y la salud humana OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Producir energía eléctrica a partir del biogás obtenido de los procesos de las plantas de tratamiento de aguas residuales, mediante la implementación de una tecnología limpia, logrando que las empresas sean parcialmente autosuficientes en su consumo. - Tratar los contaminantes físicos, químicos y biológicos, para cumplir con la legislación ambiental y de esta manera contribuir a la disminución de contaminantes haciéndola apta para el reuso agrícola, industrial, minero. - Producir biofertilizante, el cual se utilizaría como abono para aumentar y mejorar la calidad nutritiva de los suelos. - Contribuir a la disminución del uso de combustibles fósiles, así evitar la emisión de gases de efecto invernadero. 7

19 CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DEL MANEJO DE AGUAS RESIDUALES EN EL PERÚ 2.1 EMPRESAS PRESTADORAS DE SERVICIOS DE SANEAMIENTO (EPSS) Existen 50 empresas prestadoras de los servicios de saneamiento (agua potable y alcantarillado) - EPSS en el ámbito urbano del país. El tamaño de las EPSS puede variar desde conexiones de agua potable que administran (como EMSAPA CALCA S.R.L. y Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] 8 EMSAPA YAULI S.R.L.) hasta más de 1 millón de conexiones de agua potable (SEDAPAL S.A.). Esta variación en el número de conexiones administradas entre las diferentes EPSS, hace necesario clasificarlas para: i) Comprender mejor su evolución y comportamiento a lo largo del tiempo, y ii) Para efectos comparativos en el benchmarking regulatorio.[1] 2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS EPSS SEGÚN SU TAMAÑO Se ha clasificado a las EPSS según su tamaño (definiendo el tamaño por el número de conexiones de agua potable administradas), según puede verse en el cuadro siguiente. TIPO DE EPS Tabla N 1. Clasificación de EPSS por su tamaño DESCRIPCION NÚMERO DE EPS CONEXIONES AGUA SEDAPAL Más de 1 millón % Grandes De a 1 millón % Medianas De a menos de % Pequeñas Menos de % TOTAL %

20 Lo expresado también se puede ver en el gráfico N 1 que muestra la concentración del mercado por tamaño de EPSS. Gráfico Nº 1: Distribución de las EPSS por tamaño Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] Debe notarse además que el 34% de las EPSS administra el 86% del total de conexiones de agua potable reguladas, lo que evidencia la concentración del mercado y la atomización de las EPSS medianas y pequeñas, puesto que el 66% restante de EPSS administra el 14% de conexiones de agua potable reguladas. Lo expresado se puede ver en el gráfico anterior, evidenciándose que lo que sucede en SEDAPAL y en las EPSS denominadas grandes, tiene una fuerte influencia en lo que suceda en el sector puesto que los indicadores promedio nacionales son calculados como promedio ponderado según el número de conexiones totales, el volumen producido, volumen facturado, ingresos operativos y demás variables que intervengan en cada indicador pero que dependen directamente del tamaño de la EPSS. A continuación se muestra la relación de EPSS reguladas con el código asignado por la SUNASS. Debe precisarse que en la columna denominada Tipo se ha colocado las letras S para identificar a SEDAPAL, G para identificar a las EPSS grandes, M para identificar a las EPSS medianas y P para identificar a las EPSS pequeñas 9

21 Tabla Nº 2. Relación de EPSS reguladas CÓDIGO DE EPSS EMPRESA TIPO 1 AMAZONAS EMUSAP AMAZONAS P 2 HUANUCO SEDA HUANUCO G 3 UCAYALI EMAPACOP S.A. M 4 LORETO EPSS SEDALORETO S.A. G 5 LIMA EMAPA CAÑETE S.A. M 6 PUNO EMSA PUNO S.A. M 7 AMAZONAS EPSSSMU S.R. LTDA P 8 TUMBES AGUAS DE TUMBES M 9 PASCO EMAPA PASCO S.A. P 10 ICA EMAPISCO S.A. M 11 CAJAMARCA SEDACAJ S.A. M 12 TACNA EPSS TACNA S.A. G 13 ICA EMAPAVIGS S.A.C. P 14 ANCASH SEDACHIMBOTE S.A. G 15 AYACUCHO EPSSASA G 16 SAN MARTIN EMAPA SAN MARTIN S.A. M 17 MADRE DE DIOS EMAPAT S.R.LTDA. P 18 ICA SEMAPACH S.A. G 19 JUNIN EPSS SELVA CENTRAL S.A. M 20 SAN MARTIN EMAPA MOYOBAMBA S.R.L. P 21 HUANCAVELICA EMAPA HUANCAVELICA S.A.C. P 22 MOQUEGUA EPSS MOQUEGUA S.A. M 23 PUNO EMAPA Y P 24 LIMA EMAPA HUARAL S.A. M 25 LIMA EMAPA HUACHO S.A. M 26 LIMA SEDAPAL S.A. S 27 MOQUEGUA EPSS ILO S.A. M 28 LA LIBERTAD SEDALIB S.A. G 29 CHICLAYO EPSSEL S.A. G 10

22 CÓDIGO DE EPSS EMPRESA TIPO 30 AREQUIPA SEDAPAR S.A G 31 CUSCO SEDACUSCO S.A. G 32 PIURA EPSS GRAU S.A. G 33 ANCASH EPSS CHAVIN S.A. M 34 CUSCO EMAQ S.R.LTDA. P 35 AMAZONAS EMAPAB S.R.LTDA P 36 LIMA SEMAPA BARRANCA S.A. M 37 ICA EMAPICA S.A. G 38 CUSCO EMPSSAPAL S.A. P 39 JUNIN EPSS SIERRA CENTRAL S.R.L. P 40 PUNO EPSS NOR PUNO S.A. P 41 PUNO SEDAJULIACA S.A. G 42 JUNIN EPSS MANTARO S.A. M 43 APURIMAC EMUSAP ABANCAY P 44 APURIMAC EMSAP CHANKA P 45 CAJAMARCA EPSS MARAÑON S.R.L. P 46 JUNIN SEDAM HUANCAYO S.A. G 47 CUSCO EMSAPA CALCA S.R.L. P 48 PUNO EPSS AGUAS DEL ALTIPLANO S.R.L. 50 JUNIN EMSAPA YAULI S.R.L. P 51 SAN MARTIN SEDAPAR S.R.L.(RIOJA) P Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] En el año 2012 el número de EPSS grandes se incrementó de 13 a 16, debido a que SEDAHUÁNUCO S.A., EMSAPUNO S.A. y ATUSA cerraron el año con más de conexiones totales de agua potable. Del mismo modo, EMAPA HUARAL S.A. pasó del grupo de EPSS pequeñas al grupo de EPSS medianas por cerrar el año con más de conexiones totales de agua potable. P 11

23 2.3 CLASIFICACIÓN DE LAS EPSS SEGÚN SU ADMINISTRACIÓN De las 50 EPSS reguladas, se tiene que SEDAPAL, la que administra el mayor número de conexiones de agua potable, es propiedad del Gobierno Central; una empresa, Aguas de Tumbes S.A. ATUSA, se encuentra concesionada; una empresa, EPSS GRAU S.A., fue intervenida por la Junta de Acreedores; la que designó sus funciones a un comité de junta de Acreedores, mientras que las 47 restantes son de propiedad municipal. Estas empresas municipales pueden organizarse como sociedades anónimas o como sociedades de responsabilidad limitada. Pueden ser sociedades anónimas cuando tienen bajo su ámbito de administración una población de más de habitantes y se les denomina EPSS de mayor tamaño y sociedades de responsabilidad limitada cuando tienen bajo su ámbito de administración una población entre a habitantes Gráfico Nº 2: Conexiones administradas según organización de la EPSS Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] 2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS EPSS SEGÚN SU UBICACIÓN Asimismo, puede clasificarse a las EPSS según su ubicación geográfica, encontrándose que 36 de ellas se encuentra ubicada en la Costa, representando el 71% de conexiones totales reguladas por la SUNASS. 12

24 Gráfico Nº 3: Conexiones de agua potable administradas por región Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] De las 14 EPSS restantes, 11 (22% del total de conexiones reguladas) se encuentra en la Sierra y 3 (7% del total de conexiones reguladas) se ubican en la Selva. Si bien es cierto que el porcentaje de conexiones reguladas de la Costa se ve incrementado por la presencia de SEDAPAL, también es verdad que la mayor parte de EPSS denominadas grandes se encuentra también ubicada en la Costa. [2] A continuación se tiene el mapa del Perú con la ubicación de las 50 EPSS (Figura Nº 1). 13

25 Figura Nº 1: Ubicación de las EPSS en el Perú Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] 14

26 2.5 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES El volumen volcado de aguas residuales por las 50 EPSS es de 808 millones de m3, de los cuales se tratan aproximadamente 259 millones de m3, lo que representa un 32% del total. Esta cifra se mantiene en los últimos años; sin embargo, con la entrada en operación de la planta de tratamiento de aguas residuales de Taboada en el año 2013, el porcentaje de tratamiento de aguas residuales de SEDAPAL se incrementará a 70%, con lo que el indicador promedio nacional se elevará aproximadamente a 60%.[3] Gráfico Nº 4: Tratamiento de aguas residuales promedio y por tamaño de EPSS [2] Fuente: Las EPSS y su desarrollo 2013 [2] El volumen volcado de aguas residuales considera además del volumen producido de agua potable, el agua no facturada, la pérdida técnica, así como la proporción de conexiones de alcantarillado respecto a las conexiones totales de agua potable. 15

27 Las EPSS remiten el volumen tratado de aguas residuales que ellas registran o que estiman. Sin embargo, esta variable es contrastada con la información existente en la SUNASS, que es actualizada anualmente por las EPSS y que consta entre otros del número de plantas de tratamiento de aguas residuales y la capacidad de las mismas. Por lo tanto, cuando se detecta que una EPSS está remitiendo como volumen tratado de aguas residuales y un volumen que excede al de la capacidad de tratamiento de las plantas de aguas residuales que ha reportado a la SUNASS, solo se considera para el cálculo de indicadores, el volumen que la planta de tratamiento de aguas residuales es capaz de tratar. 16

28 CAPÍTULO III MARCO LEGAL DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS EN EL PERÚ Y ROLES DE LAS ENTIDADES COMPETENTES La norma fundamental para la gestión de los recursos hídricos en el Perú es la Ley General de Aguas D.L. Nº 17752, enmendada por Decreto Supremo SA, que rige sobre las aguas marítimas, terrestres y atmosféricas del territorio nacional, en todos sus estados físicos. En su artículo 1º, la Ley declara que las aguas, sin excepción alguna, son de propiedad del Estado y su dominio es inalienable e imprescriptible y que no hay propiedad privada de las aguas ni derechos adquiridos sobre ellas. El presente marco constitucional, que señala en cuanto a los recursos naturales que por ley orgánica se fijan las condiciones de su utilización y de su otorgamiento a particulares y agrega que la concesión otorga a su titular un derecho real, sujeto a dicha norma legal. También establece la calidad de aguas a usarse en riego de vegetales de consumo crudo (Ley General de Aguas Clase III), cuyos niveles coinciden con aguas residuales de tratamiento terciario. Esta Ley en su título tercero describe las condiciones para el uso de las aguas residuales en agricultura.[3] Esta norma ha recogido la propuesta de la Organización Mundial de la Salud, enmarcada en sus directrices sanitarias para el uso de las aguas residuales en agricultura y acuicultura. La norma establece que las aguas residuales deben tener menos de un huevo de nemátodos por litro para utilizarse en el riego agrícola. Además, el nivel de coliformes fecales debe ser menor a UFC/100 ml, cuando esta agua se aplique a campos de hortalizas de tallo corto y consumo crudo. Por lo tanto, el uso de aguas residuales en el riego agrícola está normado. 17

29 Dicha ley denota en varios artículos la intención de priorizar el interés social y el desarrollo nacional como criterios para asignar el agua o solucionar conflictos entre intereses enfrentados. Aunque la Ley ha tenido algunas modificaciones menores desde su promulgación, se mantienen los lineamientos originales. Esta Ley establece dispositivos precisos para regular el uso o aprovechamiento de los recursos hídricos. Respecto a los criterios para la asignación del recurso, el artículo 27º precisa el siguiente orden de preferencia para el uso del agua: 1. Necesidades primarias y abastecimiento de poblaciones 2. Cría y explotación de animales 3. Agricultura 4. Usos energéticos, industriales y mineros 5. Otros usos. Otra característica importante es el rol protagónico que se asigna al Estado, que asume directamente la responsabilidad de formular la política para el aprovechamiento de los recursos hídricos, y de buscar su uso racional y económicamente eficiente, dado el carácter multisectorial de la demanda de este recurso. Ello implica la responsabilidad de ejecutar programas para conservar, preservar o incrementar dicho recurso, lo que requiere inventarios y evaluaciones actualizadas permanentemente. Es importante destacar que el Estado, aparte de reservarse la propiedad del recurso, tiene ciertas facultades para reservar aguas de interés público, organizar las unidades de gestión para hacer más eficiente el uso del agua, declarar zonas de protección, desviar aguas de una cuenca a otra, sustituir fuentes de abastecimiento y declarar estados de emergencia cuando sea necesario. Para aplicar este marco legal, la Ley crea dos tipos de autoridad: la de aguas, dedicada principalmente a los aspectos que tienen que ver con el 18

30 aprovechamiento del recurso, y la sanitaria, que se preocupa por la preservación de su calidad. La autoridad de aguas en la actualidad está a cargo de la Intendencia de Recursos Hídricos (IRH) del Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA), organismo público descentralizado del Ministerio de Agricultura creado mediante Decreto Ley Nº Es la instancia encargada de los asuntos relacionados con el uso sostenible de los recursos hídricos y tiene la función de proponer, supervisar y controlar las políticas, planes, programas, proyectos y normas sobre el uso y aprovechamiento sostenible de los recursos del agua y suelo, además de supervisar y controlar la ejecución de los mismos. La IRH descentraliza sus funciones a nivel de cuenca a través de las Administraciones Técnicas del Distrito del Riego (ATDR), las que se constituyen como dependencias técnica y funcional, responsables de administrar los recursos de agua y suelo en concordancia con las realidades hidrológicas, agrológicas y climáticas en el ámbito de su jurisdicción con arreglo a la legislación vigente en materia de aguas. La Autoridad Sanitaria, por su parte, es el Ministerio de Salud a través de la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA), a quien mediante DS Nº SA le fuera encargada la responsabilidad de velar por la preservación de la calidad del recurso hídrico, vía la formulación de políticas nacionales de salud ambiental, el establecimiento de normas técnicas sanitarias para el manejo, reúso y vertimiento de aguas residuales domésticas, la vigilancia de la calidad sanitaria de los sistemas de agua potable así como del agua como recurso, controlar a los agentes contaminantes, registrar y controlar los vertimientos y evaluar los riesgos ambientales, para lo cual se vale de instrumentos tales como los Límites Máximos Permisibles (LMP) y los Estándares de Calidad Ambiental (ECA). Sobre esta base, la DIGESA evalúa y otorga la Autorización Sanitaria para el reúso o vertimiento de las aguas residuales en los cuerpos de agua, responsabilidad que comparte con los sectores, quienes son los responsables de 19

31 aprobar los Estudios de Impacto Ambiental (EIA), para proyectos nuevos, o Programas de Adecuación y Manejo Ambiental (PAMA), para proyectos en operación, como requisito previo a la entrega de la citada autorización. En mayo del 2008 mediante Decreto Legislativo Nº 1013 se crea el Ministerio del Ambiente (MINAM) como ente rector de la política ambiental nacional, cuyo objeto es la conservación y uso sostenible de los recursos naturales, prevenir y revertir su degradación y la del ambiente, supervisar, fiscalizar y sancionar el incumplimiento de la normatividad ambiental. Para ejercer estas funciones, el Concejo Nacional del Ambiente (CONAM) se fusiona con el Ministerio del Ambiente y la DIGESA transfiere sus funciones ambientales preservando aquellas en materia sanitaria, dicha transferencia se realizó efectiva a fines del [3] Si bien la Ley General de Aguas desarrolló algunos puntos relacionados con el tema ambiental, es con la aprobación de la Ley General del Ambiente mediante Ley Nº que se ordena el marco legal para la gestión ambiental en el Perú, así como los roles de cada uno de los actores y desarrolla integralmente los lineamientos e instrumentos para su implementación. Esta Ley es la norma fundamental para la protección de la calidad del agua como recurso a través de la definición de instrumentos para regular el vertimiento, tratamiento y reúso de las aguas residuales, declarándose al Estado como promotor del uso de las mismas con fines productivos. Asimismo, la Ley establece que el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento es responsable de la vigilancia y sanción por el incumplimiento de los LMP en los residuos líquidos domésticos que se vierten al sistema de alcantarillado, en coordinación con las autoridades sectoriales, y que el tratamiento de las aguas residuales o servidas de origen industrial puede ser efectuado directamente por el generador, a través de terceros debidamente autorizados o a través de las entidades responsables de los servicios de saneamiento, con sujeción al marco legal vigente sobre la materia, es decir, a los 20

32 LMP cuyos valores se encuentran en Reglamento de Desagües Industriales aprobado por Decreto Ley Nº SAPL, que se encuentra vigente actualmente. 3.1 DE LOS LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES (LMP) Y ESTÁNDARES DE CALIDAD DEL AGUA (ECA) Los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) se definen como la concentración de los parámetros físicos, químicos y biológicos en el agua en su condición de cuerpo receptor, que no representa riesgo significativo para la salud de las personas ni del ambiente. El ECA es obligatorio en el diseño de las normas legales, las políticas públicas y en el diseño y aplicación de todos los instrumentos de gestión ambiental. Es por ello que el diseño de las PTAR parte de la definición del ECA para el tipo de uso que se le otorga al cuerpo de agua que recibirá sus efluentes. Por su parte, los Límites Máximos Permisibles (LMP) se definen como la concentración de los parámetros físicos, químicos y biológicos que caracterizan un efluente, que al ser excedido causa o puede causar daños para la salud, bienestar humano y al ambiente. Su cumplimiento es exigible legalmente por la respectiva autoridad competente. El procedimiento actualizado para la aprobación de los estándares de calidad del agua y los límites máximos permisibles fue aprobado mediante Decreto Supremo Nº PCM, donde se designa al Consejo Nacional del Ambiente (CONAM), hoy Ministerio del Ambiente, como la autoridad responsable de su conducción y a las autoridades sectoriales como responsables de la elaboración de las propuestas de ECA y LMP según competencias. La responsabilidad de la elaboración de los ECA y LMP pasa de la autoridad sectorial al Ministerio del Ambiente, solo con opinión favorable del sector, y la aprobación pasa de la PCM al Ministerio del Ambiente. 21

33 El D.S. Nº MINAM no ha sido reglamentado por el MINAM en cuanto a su procedimiento de implementación, los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) vigentes para los cuerpos de agua son los comprendidos en los numerales 81º y 82º del Reglamento de la Ley General de Aguas y sus modificatorias, según tipo de uso: I. Aguas de abastecimiento doméstico con simple desinfección. II. Aguas de abastecimientos domésticos con tratamiento equivalente a procesos combinados de mezcla y coagulación, sedimentación, filtración y cloración, aprobados por el Ministerio de Salud. III. Aguas para riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales. IV. Aguas de zonas recreativas de contacto primario (baños y similares). V. Aguas de zonas de pesca de mariscos bivalvos. VI. Aguas de zonas de preservación de fauna acuática y pesca recreativa o comercial. A continuación se muestran los LMP de los principales parámetros sobre los cuales las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales tienen influencia, se encuentra vigente el Reglamento de Desagües Industriales aprobado mediante Decreto Supremo Nº 28/60 SAPL. Tabla N 3. Norma de calidad de aguas para la Clase III - DL Título Parámetro Clase de uso III I. Limites bacteriológicos (valor máximo de 80% de cinco a más muestras mensuales). Coliformes totales Coliformes fecales II. Límites de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO en 5 días, 20º C) y de oxígeno disuelto. DBO OD

34 Título III. Límites de los parámetros fisicoquímicos que incluyen sustancias potencialmente peligrosas. IV. Límites de sustancias potencial-mente dañinas o parámetros Parámetro Cianuro (CN) Cobre Cromo Hexavalente Ester Etileno Fenoles Mercurio Nitratos Níquel Plomo PCB Selenio Sulfuros Zinc Material extractable en hexano Sustancias activas de azul metileno Extracción de columna de carbón activado por alcohol Extracción de columna de carbón activado por cloroformo Clase de uso III ,0 Fuente: Decreto Supremo Nº AP 3.2 DE LA OBLIGATORIEDAD DE TRATAR LAS AGUAS RESIDUALES La Ley General de Aguas, en su artículo 22º, establece la prohibición de verter cualquier residuo sólido, líquido o gaseoso que pueda contaminar las aguas y causar daños o poner en peligro la salud humana o el normal desarrollo de la flora y fauna, o comprometer su empleo para otros usos. Y señala que dichas descargas deberán ser sometidas al tratamiento previo que sea necesario. En el Decreto Ley Nº SAPL artículo 3 se menciona que no puede descargar a redes públicas de alcantarillado los siguientes residuos: 23

35 a) Basura o restos de comidas. b) Gasolina o solventes industriales. c) Barros y arenas. d) Alquitranes, materiales bituminosos y viscosos. e) Pegamentos y cementos f) Plumas huesos, trapos e hilachas. g) Trozos de metal, vidrio, madera, cerámica y materiales similares capaces de producir atoros. h) Gases peligrosos para la vida y la salud. i) Productos residuales del petróleo j) Aquellos que pueden ser tóxicos o convertirse en tales al mezclarse con los ácidos naturales del líquido cloacal, cianuros, fenoles arseniatos, etc. k) Aquellos que sean corrosivos o incrustantes o que puedan convertirse en tales al reaccionar con los gases y ácidos naturales de los líquidos Cloacales. l) Aquellos que contengan en elevada concentración sulfatos y sulfitos. m) Aquellos que sean radioactivos en condiciones y concentraciones superiores a los establecidos por los Reglamentos internacionales. n) Aquellos que contengan iones de metales pesados. En el artículo 4 del decreto de ley Nº SAPL se enfoca más en las empresas, prohibiendo la descarga directa a las redes públicas de desagüe de los siguientes tipos de residuos: a) Las aguas de lavado de pisos de talleres y fábricas. 24

36 b) Las aguas sobrantes de la construcción civil. c) Sustancias volátiles. d) Minerales precipitables o solubles. e) Los residuos de camales, caballerizas, establos y similares (SAPL) El Reglamento de la Ley General de Aguas, en su artículo 61º del título II, señala que todo vertimiento de residuos a las aguas marítimas o terrestres del país deberá efectuarse previo tratamiento, lanzamiento submarino o alejamiento adecuado, de acuerdo con lo dispuesto por la autoridad sanitaria y deberá contar previamente con la licencia respectiva. El Reglamento de Desagües Industriales, de alcance nacional, en su artículo 701º establece que por razones sanitarias no se permitirá la descarga directa de los desagües y residuos industriales en los cuerpos de agua.[3] 3.3 DEL NIVEL MÍNIMO DE TRATAMIENTO La Norma Técnica OS.090 del Reglamento Nacional de Edificaciones, que norma el desarrollo de proyectos de tratamiento de aguas residuales, en su numeral establece que en ningún caso se permitirá la descarga de aguas residuales sin tratamiento a un cuerpo receptor, aun cuando los estudios del cuerpo receptor indiquen que no es necesario el tratamiento. Señala que el tratamiento mínimo que deberán recibir las aguas residuales antes de su descarga deberá ser el tratamiento primario. Es decir, un nivel de tratamiento capaz de remover la materia orgánica sedimentable, entre los que se encuentra el tanque Imhoff, el tanque séptico, el tanque o laguna de sedimentación y las lagunas en general, aunque estas últimas se encuentren dentro de los procesos de tratamiento secundario, que es un objetivo adicional al alcanzado mediante el tratamiento primario. 25

37 3.4 DE LA AUTORIZACIÓN SANITARIA DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN SANITARIA DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS La complementación del reglamento del título III de la Ley General de Aguas, en su artículo 173º, señala que las aguas terrestres o marítimas del país solo podrán recibir residuos sólidos, líquidos o gaseosos previa autorización sanitaria, siempre que sus características fisicoquímicas y bacteriológicas no superen las condiciones máximas establecidas para dichas aguas. El artículo 180º de la norma señala que los vertimientos domésticos y de poblaciones que no cuenten con autorización sanitaria deberán ajustarse a las calificaciones establecidas para los tramos de las aguas receptoras o zonas costeras. La autoridad sanitaria establecerá los plazos para que los responsables de dichos vertimientos los adecuen de acuerdo con la prioridad de uso y el volumen de la descarga. Los artículos precedentes determinan dos aspectos relevantes: 1) todo vertimiento o planta de tratamiento de aguas residuales domésticas requiere autorización sanitaria para operar y 2) aquellas que no cuenten con autorización deberán regularizar su situación en los plazos señalados por la autoridad sanitaria, es decir, DIGESA. El Texto Único de Procedimientos Administrativos del Ministerio de Salud establece los pasos para la obtención de la autorización sanitaria para i) vertimiento y ii) reúso. 3.5 DE LA FACULTAD DE LAS EPSS PARA SUSCRIBIR CONVENIOS CON POTENCIALES USUARIOS DE LAS AGUAS RESIDUALES TRATADAS Con el propósito de formalizar la relación proveedor-cliente entre las Empresas Prestadoras de Servicios de Saneamiento (EPSS) y los usuarios actuales y potenciales de las aguas residuales tratadas, el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento emitió la Resolución Ministerial Nº

38 2006-VIVIENDA, con la que se faculta a las EPSS a suscribir convenios para abastecer con aguas servidas tratadas a potenciales usuarios. Previamente, los potenciales usuarios deberán obtener los permisos y licencias ante las autoridades que correspondan, así como la factibilidad técnica otorgada por la EPSS. De esta manera, queda en salvaguarda las funciones de la Autoridad de Aguas (INRENA) para otorgar previamente la licencia de uso de las aguas residuales, y la funciones de la Autoridad Sanitaria (DIGESA) para otorgar la Autorización Sanitaria para el reúso cuando la calidad del agua lo permita.[3] 27

39 CAPÍTULO IV PANORAMA DE LAS TECNOLOGIAS EXISTENTES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS 4.1 TIPOS DE TRATAMIENTO EXISTENTES PARA AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS El proceso de autodepuración es inherente a los cuerpos de agua, ocurre gracias a la presencia de diversos microorganismos como bacterias y algas, que descomponen los desechos, metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples tales como dióxido de carbono, nitrógeno, entre otros, además de ciertos microorganismos que absorben algunas sustancias inorgánicas. Es por esto que, al verter sustancias extrañas a los cuerpos de agua, si estas se encuentran dentro de ciertas concentraciones límites, se inicia el proceso de autodepuración, este proceso se aplica a sustancias orgánicas como detergentes, fenoles, ciertas sustancias inorgánicas, entre otros. De lo contrario, si son vertidos que pasan las concentraciones límites para que el cuerpo de agua inicie el proceso de autodepuración natural, es necesario un tratamiento. [4] El diseño eficiente y económico de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere de un cuidadoso estudio basado en aspectos, tales como: el caudal (m3/seg), el uso final del producto final (agua tratada), el área disponible para la instalación, la viabilidad económica, características meteorológicas (clima, precipitación). En tal sentido, teniendo en mente que la solución tecnológica más adecuada es aquella que optimiza la eficiencia técnica en la forma más simple y menos costosa, la tecnología debe hacer uso de los recursos humanos y materiales disponibles en el país. Asimismo, cabe 28

40 señalar que la selección de los procesos y/o el tipo de planta serán diferentes dependiendo de cada caso específico. El tratamiento de las aguas residuales consta de un conjunto de operaciones físicas, biológicas y químicas, que persiguen eliminar la mayor cantidad posible de contaminantes antes de su vertido, de forma que los niveles de contaminación que queden en los efluentes tratados cumplan los límites legales existentes y puedan ser asimilados de forma natural por los cauces receptores, el proceso usual del tratamiento de aguas residuales domésticas puede dividirse en las siguientes etapas: Pretratamiento. Tratamiento primario o físico. Tratamiento secundario o biológico. Tratamiento terciario que normalmente implica una cloración. La Figura N 2 muestra los distintos tratamientos englobados en la línea de agua, el objeto de estos tratamientos y la naturaleza de los procesos que en ellos tienen lugar. [5] Figura N 2: Etapas de la línea de agua, ordenadas secuencialmente de izquierda a derecha, en el tratamiento de las aguas residuales urbanas Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas 29

41 a) Pre Tratamiento Comprende una serie de operaciones físicas y mecánicas, que tienen por objetivo separar del agua residual la mayor cantidad posible de materias, que, por su naturaleza o tamaño, pueden dar lugar a problemas en las etapas posteriores del tratamiento. El correcto diseño y posterior mantenimiento de la etapa de pretratamiento son aspectos de gran importancia, pues cualquier deficiencia en los mismos repercutirá negativamente en el resto de las instalaciones originando obstrucciones de tuberías, válvulas y bombas, desgaste de equipos, formación de costras, etc. En el pretratamiento se efectúa un desbaste (rejas) para la eliminación de las sustancias de tamaño excesivo y un tamizado para eliminar las partículas en suspensión. Un desarenado, para eliminar las arenas y sustancias sólidas densas en suspensión y un desengrasado para eliminar los aceites presentes en el agua residual así como elementos flotantes. Desbaste El objetivo del desbaste es la eliminación de los sólidos de pequeño y mediano tamaño (trozos de madera, trapos, raíces, etc.) que de otro modo podrían deteriorar o bloquear los equipos mecánicos y obstruir el paso de la corriente de agua. El procedimiento más usual consiste en hacer pasar las aguas a través de rejas que, según la separación entre barrotes, se clasifica en: Desbaste de gruesos: el paso libre entre barrotes es de 50 a 100 mm. Desbaste de finos: el paso libre entre barrotes es de 10 a 25 mm. Rejas de limpieza manual. Rejas de limpieza automática. 30

42 En función de su geometría, las rejas pueden ser rectas o curvas y, según como se ejecute la extracción de los residuos retenidos en los barrotes, se distingue entre rejas de limpieza manual y rejas de limpieza automática. En grandes instalaciones de depuración se hacen pasar los residuos extraídos de las rejas por mecanismos de compactación, con objeto de reducir su volumen antes de ser depositados en contenedores. Figura N 3: Desbaste de gruesos seguido Figura N 4: Reja curva de accionamiento de desbaste de finos, empleando rejas rec automático tas de limpieza Manual Fuente: Manual de depuración de aguas re Fuente: Manual de depuración de aguas siduales urbanas [7] residuales urbanas [7] Tamizado Tiene por objeto la reducción del contenido en sólidos en suspensión de las aguas residuales, mediante su filtración a través de un soporte delgado dotado de ranuras de paso. Se distingue entre tamices estáticos autolimpiantes, tamices rotativos y tamices deslizantes. 31

43 Los tamices estáticos autolimpiantes constan de un enrejado, constituido por barras horizontales de acero inoxidable, rectas o curvadas, de sección triangular, orientadas de tal forma que la parte plana se encara al flujo. La inclinación de este enrejado disminuye progresivamente de arriba abajo, entre 65 y 45 aproximadamente. Con ello se consiguen, de forma sucesiva, los efectos de separación, escurrido y evacuación, de las partículas de mayor tamaño que la luz de paso del tamiz. El agua a tratar se alimenta por la parte superior del tamiz, los sólidos de tamaño superior a la luz de paso quedan retenidos por el enrejado y, debido a la inclinación de este, ruedan hasta un contenedor situado en la parte inferior. Por su parte, la fracción liquida, conteniendo los sólidos de tamaño inferior al tamaño de paso, atraviesa el enrejado y se recoge en una tubería situada en la parte inferior del tamiz. Los tamices rotativos están constituidos por un enrejado cilíndrico de eje horizontal, formado por barras de acero inoxidable, de sección trapezoidal. El enrejado gira lentamente accionado por un motor reductor. La alimentación al tamiz se efectúa por su parte exterior. Los sólidos de tamaño superior a la luz de paso quedan retenidos en la parte externa del cilindro y la eliminación de la capa de solidos retenidos en la periferia del tamiz se logra mediante la acción de una cuchilla y del propio giro de la unidad. [6] La fracción liquida, con los sólidos de tamaño inferior a la luz de paso, atraviesa el enrejado cilíndrico y se conduce hacia la zona de evacuación. Según las dimensiones de los orificios de paso del tamiz, tenemos: 32

44 Macrotamizado: Se hace sobre chapa perforada o enrejado metálico con paso superior a 0,2 mm. Se utilizan para retener materias en suspensión, flotantes o semiflotantes, residuos vegetales o animales, ramas de tamaño entre 0,2 y varios milímetros. Microtamizado: Hecho sobre tela metálica o plástica de malla inferior a 100 micras. Se usa para eliminar materias en suspensión muy pequeñas contenidas en el agua de abastecimiento (Plancton) o en aguas residuales pre tratadas. Los tamices se incluirán en el pretratamiento de una estación depuradora en casos especiales: Cuando las aguas residuales brutas llevan cantidades excepcionales de sólidos en suspensión, flotantes o residuos. Figura N 5: Tamiz estático autolimpiante Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas [7] 33

45 Figura N 6: Tamiz rotativo Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas [7] Desarenado Tiene por objetivo la eliminación de materias pesadas de tamaño superior a 0,2 mm, para evitar que sedimenten en canales y conducciones y para proteger a las bombas y otros elementos de la abrasión. Aparte de las arenas propiamente dichas, en esta operación se eliminan también gravas y partículas minerales, así como elementos de origen orgánico, no putrescibles (granos de café, semillas, huesos, cascaras de frutas y huevos, etc.). Los canales desarenadores pueden ser de flujo variable o de flujo constante. Los canales desarenadores de flujo variable se emplean en pequeñas instalaciones de depuración, y en ellos las arenas se extraen manualmente de un canal longitudinal, con una capacidad para el almacenamiento de arenas de 4-5 días. Los canales desarenadores de flujo constante mantienen una velocidad de paso fija, en torno a 0,3 m/s, independientemente del caudal que los 34

46 atraviesa, con lo que se logra que sedimente la mayor parte de las partículas de origen inorgánico y la menor parte posible de las de origen orgánico (< 5% de materia orgánica). Figura N 7: Desarenado de doble canal Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas [7] Desengrasado En esta etapa se eliminan las grasas y demás materias flotantes más ligeras que el agua. Dentro de los desengrasadores se distingue entre los desengrasadores estáticos y los aireados.en los desengrasadores estáticos se hacen pasar las aguas a través de un depósito dotado de un tabique, que obliga a las aguas a salir por la parte inferior del mismo, lo que permite que los componentes de menor densidad que el agua, queden retenidos en la superficie. La retirada de las grasas se lleva a cabo de forma manual, haciendo uso de un recoge hojas de piscina.[6] En los desengrasadores aireados se inyecta aire con objeto de desemulsionar las grasas y lograr una mejor flotación de las mismas.en 35

47 plantas de tamaño medio-grande las operaciones de desarenado y desengrasado se llevan a cabo de forma conjunta en unidades de tratamiento conocidas como desarenadores-desengrasadores aireados. Figura N 8: Desarenado estático Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas [7] Figura N 9: Desarenado desengrasado aireado Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas [7] 36

48 Figura N 10: Detalle interno de un desarenador desengrasador aireado Fuente: Manual de depuración de aguas residuales urbanas [7] b) Tratamientos primarios Es el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso físico o fisicoquímico que incluya la sedimentación de sólidos en suspensión, u otros procesos en los que la DBO5 de las aguas residuales que entren, se reduzca, por lo menos, en un 20% antes del vertido, y el total de sólidos en suspensión en las aguas residuales de entrada se reduzca, por lo menos, en un 50%. El principal objetivo de los tratamientos primarios se centra en la eliminación de sólidos en suspensión, consiguiéndose además una cierta reducción de la contaminación biodegradable, dado que una parte de los sólidos que se eliminan está constituida por materia orgánica. Los tratamientos primarios 37

49 más habituales son la decantación primaria y los tratamientos fisicoquímicos. Decantación primaria: su objetivo es la eliminación de la mayor parte posible los sólidos sedimentables, bajo la acción exclusiva de la gravedad. La retirada de estos solidos es muy importante ya que, en caso contrario, originarían fuertes demandas de oxígeno en el resto de las etapas de tratamiento de la estación. Tratamientos fisicoquímicos: en este tipo de tratamiento, mediante la adición de reactivos químicos, se consigue incrementar la reducción de los sólidos en suspensión, al eliminarse, además, solidos coloidales, al incrementarse el tamaño y densidad de los mismos mediante procesos de coagulación-floculación. Los tratamientos fisicoquímicos se aplican fundamentalmente: Cuando las aguas residuales presentan vertidos industriales que pueden afectar negativamente al tratamiento biológico. Para evitar sobrecargas en el posterior tratamiento biológico. Cuando se dan fuertes variaciones estacionales de caudal. Para la reducción del contenido en fosforo. c) Tratamientos secundario Es el tratamiento de aguas residuales urbanas mediante un proceso que incluya un tratamiento biológico con sedimentación secundaria u otro proceso en el que se consiga la eliminación de materia orgánica. El tratamiento biológico se realiza con la ayuda de microorganismos (fundamentalmente bacterias) que en condiciones aerobias actúan sobre la materia orgánica presente en las aguas residuales. 38

50 Una parte de la materia orgánica se oxida por la flora bacteriana, que obtiene de esta forma la energía necesaria para el mantenimiento celular. De forma simultánea, otra fracción de materia orgánica se convierte en nuevo tejido celular nuevo (síntesis celular), empleándose para ello la energía liberada en la fase de oxidación.[3] c) Tratamientos terciarios Los tratamientos terciarios (conocidos también como tratamientos avanzados, más rigurosos, complementarios, etc.) permiten obtener efluentes finales de mejor calidad para que puedan ser vertidos en zonas donde los requisitos son más exigentes o puedan ser reutilizados. La eliminación de materia particulada y coloidal presente en los efluentes depurados, puede lograrse mediante la aplicación de tratamientos fisicoquímicos (coagulación floculación) y la posterior etapa de separación (decantación, filtración). Para la eliminación de nutrientes (nitrógeno y fosforo), se recurre cada vez más al empleo de procesos biológicos. No obstante, el caso del fosforo, los procesos de precipitación química, empleando sales de hierro y de aluminio, continúan siendo los de mayor aplicación. [7] 39

51 CAPÍTULO V OBTENCIÓN DEL BIOGÁS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 5.1 BIOGÁS Definición El biogás (también llamado gas de pantanos) es un gas producido por bacterias durante el proceso de biodegradación de material orgánico en condiciones anaerobias y está constituido principalmente por gas metano y bióxido de carbono. La generación natural de biogas es una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono. El metano producido por bacterias es el último eslabón en una cadena de microorganismos que degradan material orgánico y devuelven los productos de la descomposición al medio ambiente. El biogás es un gas compuesto por cerca de 60 % de metano (CH4) y 40 % de bióxido de carbono (CO 2 ). Contiene mínimas cantidades de otros gases, entre ellos 1% de ácido sulfhídrico (H 2 S). Es un poco más liviano que el aire, posee una temperatura de inflamación de 700 C y su llama alcanza una temperatura de 870 C. Con un contenido de metano mucho menor de 50 %, el biogás deja de ser inflamable. El poder calórico promedio de un metro cúbico de biogás es de cinco mil kilocalorías, lo que permite generar entre 1,3-1,6 kwh., lo cual equivale a medio litro de petróleo, aproximadamente. [8] El biogás puede ser utilizado como cualquier otro combustible, tanto para la cocción de alimentos, en sustitución de la leña, el querosene, el gas licuado, etc., como para el alumbrado, mediante lámparas adaptadas al biogás. Mezclas de biogás con aire, en una relación 1:20, forman un gas 40

52 detonante altamente explosivo, lo cual permite que también sea empleado como combustible en motores de combustión interna adaptados. [8] Los límites de sus componentes principales se indican en la Tabla N 4 Tabla N 4. Muestra la composición química del biogás en porcentajes Composición Química del biogás Elemento % Metano (CH4) Dióxido de carbono (CO2) Nitrógeno Ácido Sulfhídrico (H2S) Vapor de agua Trazas Fuente: Composición Química del Biogás. [4] Es importante aclarar que este gas puede usarse como combustible sólo cuando el metano se encuentra en concentraciones mayores o iguales a 50 %. 5.2 PRODUCCIÓN DE BIOGAS El biogás es producido por bacterias de fermentación que se encargan de descomponer el residual orgánico, a lo que se le denomina proceso de fermentación anaeróbica, ya que se produce en ausencia de oxígeno.[9] 5.3 FERMENTACIÓN ANAERÓBICA La fermentación anaeróbica es un proceso natural que ocurre en forma espontánea en la naturaleza y forma parte del ciclo biológico. De esta forma podemos encontrar el denominado "gas de los pantanos" que brota en aguas estancadas, el gas natural (metano) de los yacimientos petrolíferos así como el gas producido en el tracto digestivo de los rumiantes como los bovinos. 41

53 En todos estos procesos intervienen las denominadas bacterias metano génicas. 5.4 COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS Se llama biogás a la mezcla constituida por metano CH4 en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. Sus características han sido resumidas en la siguiente (Tabla N 5) Tabla N 5. Muestra la composición química y las características del Biogás Fuente: Formulación de un programa de normalización para aplicaciones de energías alternativas [1] Las primeras menciones sobre biogás se remontan al año 1600 identificados por varios científicos como un gas proveniente de la descomposición de la materia orgánica. En el año 1890 se construye el primer biodigestor a escala real en la India y ya en 1896 en Exeter, Inglaterra, las lámparas de alumbrado público eran alimentadas por el gas recolectado de los digestores que fermentaban los lodos cloacales de la ciudad. Tras las guerras mundiales comienza a difundirse en Europa las llamadas fábricas productoras de biogás cuyo producto se empleaba en tractores y automóviles de la época. [9] 42

54 En todo el mundo se difunden los denominados tanques Imhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas. El gas producido se lo utilizó para el funcionamiento de las propias plantas, en vehículos municipales y en algunas ciudades se lo llegó a inyectar en la red de gas comunal. Durante los años de la segunda guerra mundial comienza la difusión de los biodigestores a nivel rural tanto en Europa como en China e India que se transforman en líderes en la materia. Esta difusión se ve interrumpida por el fácil acceso a los combustibles fósiles y recién en la crisis energética de la década del 70 se reinicia con gran ímpetu la investigación y extensión en todo el mundo incluyendo la mayoría de los países latinoamericanos. Los últimos 20 años han sido fructíferos en cuanto a descubrimientos sobre el funcionamiento del proceso microbiológico y bioquímico gracias al nuevo material de laboratorio que permitió el estudio de los microorganismos intervinientes en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno). Estos progresos en la comprensión del proceso microbiológico han estado acompañados por importantes logros de la investigación aplicada obteniéndose grandes avances en el campo tecnológico. Los países generadores de tecnología más importantes en la actualidad son: China, India, Holanda, Francia, Gran Bretaña, Suiza, Italia, EE.UU., Filipinas y Alemania. A lo largo de los años transcurridos, la tecnología de la digestión anaeróbica se fue especializando abarcando actualmente muy diferentes campos de aplicación con objetivos muy diferentes. Como puede apreciarse en el cuadro según los campos de aplicación de la tecnología de la fermentación anaeróbica los objetivos buscados son diferentes o tienen un distinto orden de prioridades. 43

55 Figura N 11: Muestra algunas de las formas en que se puede aprovechar el proceso de la Digestión anaeróbica. Aprovechamiento de la Digestión Anaeróbica Fuente: Formulación de un programa de normalización para aplicaciones de energías alternativas [1]. Las plantas de tratamiento de desechos industriales, han tenido una importante evolución en los últimos años y habiendo superado una primera etapa a nivel piloto, en Europa y China se encuentran actualmente siendo difundidas para determinados fines en combinación con tratamientos aeróbicos convencionales. Estos reactores anaeróbicos son de enormes dimensiones (más de m3 de capacidad), trabajan a temperaturas mesofílicas (20ºC a 40ºC), o termofílicas (más de 40ºC), poseen sofisticados sistemas de control y están generalmente conectados a equipos de cogeneración que brindan como productos finales; calor, electricidad y un efluente sólido de alto contenido proteico, para usarse como fertilizante o alimento de animales. A nivel latinoamericano, se ha desarrollado tecnología propia en la Argentina para el tratamiento de vinazas, residuo de la industrialización de la caña de azúcar. En Brasil y Colombia se encuentran utilizando sistemas europeos bajo licencia. 44

56 La aplicación del biogás en el área rural ha sido muy importante. Dentro de ella se pueden diferenciar dos campos claramente distintos. En el primero, el objetivo buscado es dar energía, sanidad y fertilizantes orgánicos a los agricultores de zonas marginales o al productor medio de los países con sectores rurales de muy bajos ingresos y difícil acceso a las fuentes convencionales de energía. En este caso la tecnología desarrollada ha buscado lograr digestores de mínimo costo y fácil mantenimiento, fáciles de operar pero con eficiencias pobres y bajos niveles de producción de energía. El segundo tipo de tecnología está dirigido al sector agrícola y agroindustrial de ingresos medios y altos. El objetivo buscado en este caso es brindar energía y solucionar graves problemas de contaminación. Los digestores de alta eficiencia desarrollados para esta aplicación tienen un mayor costo inicial y poseen sistemas que hacen más complejo su manejo y mantenimiento. Ambos tipos de digestores se encuentran hoy día en continua difusión. Los reactores sencillos han tenido una amplia aceptación en China, India, Filipinas y Brasil; debido a que en estos países se ejecutaron importantes planes gubernamentales que impulsaron y apoyaron con asistencia técnica y financiera su empleo. En el resto de los países del mundo la difusión alcanzada por este tipo de digestores no ha sido significativa Con respecto a los digestores de alta eficiencia la mayoría se encuentran instalados en Europa; en el resto del mundo no se ha superado aún la etapa de unidades demostrativas o emprendimientos particulares aislados.[6] El tratamiento de líquidos cloacales mediante sistemas anaeróbicos solos o combinados con tratamientos aeróbicos es una técnica muy difundida en todo el mundo desde hace más de 40 años. Para tener una idea de su importancia el gas generado por esta técnica en Europa alcanzaba en el año 1975 un total de casi 240 millones de m 3 anuales 45

57 de biogás. Recientes progresos en equipos de cogeneración han permitido una más eficiente utilización del gas generado y los continuos avances en las técnicas de fermentación aseguran un sostenido desarrollo en este campo. Por lo general se puede obtener biogás a partir de cualquier material orgánico. Comúnmente se emplean las excretas de cualquier índole, la cachaza, los desechos de destilerías, los componentes orgánicos de los desechos sólidos municipales, los residuos orgánicos de mataderos, el lodo de las plantas de tratamiento residuales, los residuales agropecuarios, los desechos orgánicos de las industrias de producción de alimentos, etc. Todos los materiales orgánicos que pueden ser empleados como «cieno de fermentación» están compuestos, en su mayor parte, por carbono (C) y nitrógeno (N). La relación entre ambos tiene gran influencia sobre la producción de biogás. Con el agua aumenta la fluidez del material de fermentación, lo cual es importante para lograr un proceso de fermentación más eficiente y, por tanto, una mayor producción de biogás. En un cieno de fermentación líquido las bacterias de metano llegan con mayor facilidad al material de fermentación fresco, lo que acelera el proceso. El proceso de fermentación se compone de dos fases principales: la ácida y la metanogénica. En la primera se forman los aminoácidos, ácidos grasos y alcoholes, a partir de las proteínas, grasas e hidratos de carbono disueltos en el residual. En la segunda se forman el metano, el bióxido de carbono y el amoníaco, entre otros. La combinación del reciclado de residuos animales con el cultivo de abonos verdes puede proporcionar el nitrógeno necesario para la tierra agrícola. El reciclado puede hacerse mediante digestión anaeróbica, pues el contenido relativo de nitrógeno es mayor en el estiércol digerido que en el fresco. El lodo remanente en el digestor es una alternativa para mejorar los suelos hortícolas. Además este proceso permite obtener metano, un combustible gaseoso. 46

58 El aumento del interés popular para contrarrestar la polución ambiental hace de la digestión anaeróbica el medio conveniente para tratar tanto los efluentes líquidos como los desechos sólidos, además de constituir una fuente alternativa de energía. 5.5 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS Los gases de vertedero que se recuperan pueden: Quemarse Utilizarse para la recuperación de energía en forma de electricidad Ambos Actualmente, la generación de energía eléctrica parece ser la alternativa más usada para controlar el gas de vertedero. No obstante, su uso se ve limitado a aquellos vertederos donde se puede demostrar que es beneficioso para el medio ambiente a la vez que económicamente viable. Para cumplir con los criterios financieros, se debe verificar antes que nada, que el riesgo financiero es nulo. Cada vertedero, dependiendo de la modalidad de explotación, las condiciones climáticas, las infraestructuras, etc. dará un rango de valores para los parámetros más importantes de los que dependerá, en buena medida, las posibilidades del aprovechamiento energético del biogás. El aprovechamiento energético del biogás, ya sea procedente de la desgasificación de un vertedero (o de una planta de biometanización) se hará mediante la utilización como combustible para generación de energía eléctrica.[9] La proporción de metano es la que determina el poder calorífico del biogás. El biogás de un vertedero es rico en metano y por ello resulta muy adecuado para la producción de energía eléctrica. No obstante, su poder calorífico es hasta un 50% inferior al del gas natural, por lo que su aprovechamiento requiere la utilización de motores y turbinas de gas muy desarrollados tecnológicamente. Por éste motivo en aquellos casos en los volúmenes de 47

59 biogás son bajos se suele optar por utilizarlo como carburante en una caldera para obtener energía térmica. 5.6 USOS DEL BIOGÁS En principio el biogás puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso con gas natural. En la Figura 10 que se encuentra a continuación resume las posibles aplicaciones. Figura N 12.- Muestra los distintos usos que se le puede dar al Biogás. Fuente: Formulación de un programa de normalización para aplicaciones de energías alternativas [1] 5.7 APLICACIONES DE LA BIOGENERACIÓN El uso de la biogeneración presenta numerosas ventajas medioambientales y socioeconómicas. Los excrementos de los animales (cerdos, ganado, pollos, etc.), basuras y residuos orgánicos se convierten en uno de los desechos más contaminantes en nuestro medio y muchas de las técnicas modernas no logran solucionar económicamente este problema. Con la biodigestión disminuye el índice de contaminación ya que transforma estos desechos y los convierte en subproductos aprovechables (recursos) como el bioabono y el biogás. [10] 48